DE102004018326A1

DE102004018326A1 - Vorrichtung zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität eines Fluids

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Publication number: DE102004018326A1
Application number: DE102004018326A
Authority: DE
Inventors: Holger Schmidt; Wolfgang Dr. Drahm; Hubert Koch
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: US20050284210A1; DE102004018326B4; US7360399B2

Abstract

Die Vorrichtung umfasst einen Probentank (2) zum Sammeln und Beruhigen eines Teilvolumens des zu messenden Fluids, der zumindest zeitweise mit dem Behälter über eine Einfüll-Leitung (L1) und eine zumindest zeitweise mit dieser verbundene Zulauf-Leitung (L2) kommuniziert, und ein Fluidmessgerät (1) mit einem Messaufnehmer (10) vom Vibrationstyp. Ein im Betrieb vibrieren gelassenes Messrohr (101, 102) des Messaufnehmers (10) ist zumindest zeitweise über eine Verbindungsleitung (L3), die an ein Einlassende des Messaufnehmers (10) angeschlossen ist, mit dem Probentank (2) verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders dafür geeignet, mit Gas beladene und/oder zum Ausgasen neigende Flüssigkeiten zu messen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität eines in einem Behälter befindlichen Fluids. Im besonderen betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zum Messen von Dichte und/oder Viskosität, bei denen ein Fluidmeßgerät mit einem Meßaufnehmer vom Vibrationstyp eingesetzt werden.
In der Prozeß-Meß- und Automatisierungstechnik werden für die Messung von Dichte und/oder Viskosität von Fluiden oftmals solche In-Line-Meßgeräte verwendet, die mittels eines in den Verlauf des fluidführenden Kanals eingesetzten, im Betrieb vom Fluid durchströmten Meßaufnehmers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen Meß- und Betriebsschaltung, im Fluid Reaktionskräfte, wie z.B. mit der Dichte korrespondierende Trägheitskräfte oder mit der Viskosität korrespondierende Reibungskräfte etc., bewirken und von diesen abgeleitet ein die jeweilige Viskosität und/oder ein die jeweilige Dichte des Fluids repräsentierendes Meßsignal erzeugen. Derartige In-Line-Meßgeräte mit einem Meßaufnehmer vom Vibrationstyp sowie deren Wirkungsweise sind dem Fachmann an und für sich bekannt und z.B. in der WO-A 03/095950, WO-A 03/095949, WO-A 03/076880, der WO-A 02/37063, der WO-A 01/33174, der WO-A 00/57141, der WO-A 99/39164, der WO-A 98/07009, der WO-A 95/16897, der WO-A 88/03261, der US 2003/0208325, der US-B 66 91 583, der US-B 66 51 51 13, der US-B 65 13 393, der US-B 65 05 519, der US-A 60 06 609, der US-A 58 69 770, der US-A 57 96 011, der US-A 56 02 346, der US-A 56 02 345, der US-A 55 31 126, der US-A 53 01 557, der US-A 52 53 533, der US-A 52 18 873, der US-A 50 69 074, der US-A 48 76 898, der US-A 47 33 569, der US-A 46 60 421, der US-A 45 24 610, der US-A 44 91 025, der US-A 41 87 721, der EP-A 1 281 938, der EP-A 1 001 254 oder der EP-A 553 939 ausführlich und detailiert beschrieben.
Zum Führen des Mediums umfassen die Meßaufnehmer jeweils mindestens ein in einem, beispielsweise rohr- oder kastenförmigen, Tragrahmen gehaltertes Meßrohr mit einem gebogenen oder geraden Rohrsegment, das zum Erzeugen oben genannter Reaktionskräfte im Betrieb – angetrieben von einer elektro-mechanischen Erregeranordnung – vibrieren gelassen wird. Zum Erfassen von Vibrationen des Rohrsegments weisen die Meßaufnehmer ferner jeweils eine auf Bewegungen des Rohrsegments reagierende physikalisch-elektrische Sensoranordnung auf. Bereits die eingangs referierten US-A 45 24 610 und US-A 41 87 721 beschreiben, wie mit solchen In-Line-Messgeräten die momentane Dichte des strömenden Mediums meßbar ist, und zwar anhand einer Frequenz wenigstens eines der von der Sensoranordnung gelieferten Schwingungsmeßsignale. Neben der Dichte des Fluids kann mittels solcher In-Line-Messgeräte mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp ferner auch eine Viskosität und/oder ein Viskositäts-Dichte-Produkt des im Messrohr befindlichen Fluids direkt gemessen werden, vgl. hierzu insb. die US-B 66 51 513, die US-A 55 31 126, die US-A 52 53 533, die US-A 45 24 610 oder die WO-A 95/16897. Überdies wird zumeist auch eine Temperatur des Mediums in geeigneter Weise direkt gemessen, beispielsweise mittels eines am Meßrohr angeordneten Temperatursensors. Es kann daher für die Erfindung ohne weiteres vorausgesetzt werden werden, daß mittels moderner In-Line-Meßgeräte mit einem Messaufnehmer vom Vibationstyp sowohl Dichte, Viskosität und/oder Temperatur des Fluids gemessen werden können, vgl. hierzu insb. die bereits erwähnten US-B 65 13 393, US-A 60 06 609, US-A 56 02 346, WO-A 02/37063, WO-A 99/39164 oder auch die WO-A 00/36379.
Charakteristisch für zahlreiche verfahrenstechnischen oder chemischen Prozesse, die mit Mitteln der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik zu überwachen sind, ist, daß die zu messenden Fluide inhomogene Gas-Flüssigkeits-Gemische bilden, z.B. durch das Eintragen von Gasen in einen Flüssigkeitsstrom oder durch Ausgasen von in der strömenden Flüssigkeit gelösten Gasen. Derartige Vermischungs- bzw. Entmischungsvorgänge lassen sich beispielsweise bei diskontinuierlichen Dosier- oder Abfüllprozessen oder der Qualitätsüberwachung dienenden Probenentnahmen aus Tanks oder Rohrleitungen kaum vermeiden.
Bei der Verwendung von Meßaufnehmern vom Vibrationstyp hat es sich jedoch, wie beispielsweise auch in der US-A 45 24 610 diskutiert, gezeigt, daß bei inhomogenen Medien, insb. zwei- oder mehrphasigen Medien, die von den Schwingungen des Meßrohrs abgeleiteten Schwingungsmeßsignale, insb. auch die erwähnte Phasenverschiebung, trotz dem Viskosität und Dichte wie auch die Konzentration der einzelnen Mediumsphasen praktisch konstantgehalten und/oder entsprechend mitberücksichtigt werden, in erheblichem Maße Schwankungen unterliegen und so ggf. für die Messung des jeweiligen physikalischen Parameters ohne abhelfende Maßnahmen völlig unbrauchbar werden können. Als Ursachen für die mit der Messung von inhomogenen Fluiden mittels Messaufnehmern vom Vibrationstyp verbundenen Probleme seien exemplarisch das einseitige Anlagern oder Absetzen von in Flüssigkeiten mitgeführten Gasblasen oder Feststoffpartikeln innen an der Messrohrwand und der sogenannte „Bubble-Effekt" erwähnt, bei dem in der Flüssigkeit mitgeführte Gasblasen als Strömungskörper für quer zur Messrohrlängsachse beschleunigte Flüssigkeitsteilvolumina wirkt.
Ausgehend davon besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die geeignet ist, die Dichte und/oder die Viskosität von aus einem oder mehreren Behältern diskontinuierlich entnommen Fluidproben zu messen. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Messung von Dichte und/oder Viskosität anzugeben, daß mittels der Vorrichtung durchgeführt werden kann.
Zur Lösung der Aufgaben besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität eines in einem Behälter befindlichen Fluids, welche Vorrichtung umfaßt:

– einen Probentank zum Sammeln und Beruhigen eines Teilvolumens des zu messenden Fluids, der zumindest zeitweise mit dem Behälter über eine Einfüll-Leitung und eine zumindest zeitweise mit dieser verbundene Zulauf-Leitung kommuniziert, und
– ein Fluidmeßgerät, das
– einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp mit
– wenigstens einem Messrohr zum Führen von zu messendem Fluid,
– einer im Betrieb auf das Messrohr mechanisch einwirkenden Erregeranordnung zum Vibrierenlassen des Messrohrs,
– einer auf mechanische Schwingungen des Messrohrs reagierende Sensoranordnung zum Erfassen von Vibrationen des Messrohrs und zum Erzeugen von Vibrationen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmeßsignalen, sowie
– einer an den Messaufnehmer elektrisch gekoppelten Meß- und Betriebselektronik zum Erzeugen eines elektrischen Treibersignals für die Erregeranordnung und zum Erzeugen wenigstens eines die Dichte und/oder die Viskosität des zu messenden Fluids repräsentierenden Meßwertes aufweist,
– wobei die Erregeranordnung wenigstens einen elektromechanischen Schwingungserreger aufweist, der mit dem Messrohr mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Beaufschlagung mit dem Treibersignal deformiert,
– wobei das wenigstens eine Messrohr im Betrieb
– zumindest zeitweise mit dem Probentank über eine Verbindungsleitung kommuniziert, die an ein Einlaßende des Messaufnehmers angeschlossen ist, und
– unter Einwirkung des wenigstens einen Schwingungserregers zumindest zeitweise Vibrationen in einem für die Messung der Dichte und/oder der Viskosität geeignetem Schwingungsmode ausführt, und
– wobei die Sensoranordnung wenigstens einen Schwingungssensor aufweist, der wenigstens ein örtlich erfasste Schwingungen des Messrohrs repräsentierendes Schwingungsmesssignal liefert.

Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit mittels einer solchen Vorrichtung, welches Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Einströmenlassen von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank,
– Beenden des Einströmenlassen von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank und Verharrenlassen eines sich daraufhin im Probentank befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches zum Vergleichmäßigen desselben,
– Einströmenlassen von im Probentank gesammelter, insb. mit einem Gas beladener, Flüssigkeit in das Messrohr des Messaufnehmers,
– Erfassen von Schwingungen des Messrohrs und Erzeugen wenigstens eines diese repräsentierenden Schwingungsmesssignals, und
– Entleeren des Messrohrs über die Ablauf-Leitung.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner ein Gehäuse, in dem wenigstens der Probentank sowie der Messaufnehmer angeordnet sind.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung münden die Einfüll-Leitung und die Verbindungsleitung voneinander beabstandet in den Probentank einmünden.
Nach einer dritten Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung ist der Probentank im wesentliche zylindrisch, insb. röhrenartig, geformt.
Nach einer vierten Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung ist der Probentank so angeordnet und ausgerichtet, dass eine Längsachse im wesentlichen in Fallrichtung verläuft.
Nach einer fünften Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung mündet die Einfüll-Leitung über eine Seitenwand des Probentanks, insb. im Bereich einer unteren Hälfte des Probentanks, in den Probentank ein.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung kommuniziert das wenigstens eine Messrohr über eine Entleer-Leitung, die an ein Auslaßende des Messaufnehmers angeschlossen ist, zumindest zeitweise mit einem Auffangbehälter (3) für aus dem Behälter entnommenes Fluid.
Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine Bypass-Leitung, die die Zulauf-Leitung und eine mit der Entleer-Leitung zumindest zeitweise verbundene Ablauf-Leitung zumindest zeitweise miteinander so kommunizieren lässt, dass ein in der Zulauf-Leitung befindliches Fluid direkt in die Ablauf-Leitung einströmen kann.
Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens eine mit dem Probentank verbundene Druckleitung, die den Probentank zumindest zeitweise mit einem Druckgasspeicher und/oder mit einem Kompressor so kommunizieren lässt, dass ein in der Druckleitung befindliches, unter Druck stehendes Fluid, insb. Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid, in den Probentank einströmen kann.
Nach einer neunten Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung kommuniziert die Entleer-Leitung zumindest zeitweise mit der Druckleitung, so dass das in der Druckleitung befindliches Fluid in die Entleer-Leitung einströmen kann.
Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens ein in den Verlauf der Entleer-Leitung eingesetztes Entleer-Absperrventil.
Nach einer elften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens ein in den Verlauf der Bypass-Leitung eingesetztes Bypass-Absperrventil.
Nach einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens ein in den Verlauf der Einfüll-Leitung eingesetztes Einfüll-Absperrventil.
Nach einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens ein in den Verlauf der Zulauf-Leitung eingesetztes Zulauf-Absperrventil.
Nach einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens ein in den Verlauf der Druckleitung eingesetztes Druck-Absperrventil.
Nach einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner einen in den Verlauf der Druckleitung eingesetzten Druckregler.
Nach einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine, insb. programmierbare, Ventil-Steuerung zum Steuern von in der Vorrichtung vorgesehenen Absperrventilen.
Nach einer siebzehnten Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung sendet die Meß- und Betriebselektronik des Fluidmeßgeräts zumindest zeitweise digitalisierte Messdaten, insb. digitalisierte Messwerte, an eine übergeordnete Steuer- und/oder Überwachungseinheit.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst der Schritt des Vergleichmäßigen des sich im Probentank befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches einen Schritt Abscheiden einer, insb. in der Flüssigkeit bereits vorhandenen und/oder im Probentank entstandenen, Gasphase aus der Flüssigkeit.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst dieses weiters einen Schritt Entleeren der Ablauf-Leitung.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst dieses weiters einen Schritt Strömenlassen von Flüssigkeit aus der Zulauf-Leitung in die Ablauf-Leitung via Bypass-Leitung.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung erfolgen der Schritt des Strömenlassens von Flüssigkeit aus der Zulauf-Leitung in die Ablauf-Leitung via Bypass-Leitung nach dem Schritt des Einströmenlassens von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank und der Schritt des Entleerens des Messrohrs über die Ablauf-Leitung nach und/oder während dem Schritt des Strömenlassens von Flüssigkeit aus der Zulauf-Leitung in die Ablauf-Leitung via Bypass-Leitung.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst der Schritt des Einströmenlassens von im Probentank gesammelter Flüssigkeit in das Messrohr des Messaufnehmers einen Schritt Öffnen des Entleer-Absperrventils.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst dieses weiters die Schritte Strömenlassen von Flüssigkeit durch das Messrohr und Erfassen von Schwingungen des von Flüssigkeit durchströmten Messrohrs zum Erzeugen des wenigstens einen Schwingungsmesssignals.
Nach einer siebenten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst der Schritt des Einströmenlassens von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank die Schritte Schließen des Entleer-Absperrventils und Öffnen des Einfüll-Absperrventils.
Nach einer achten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst der Schritt des Vergleichmäßigen des sich im Probentank befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches die Schritte Schließen des Entleer-Absperrventils, Öffnen des Druck-Absperrventils und Einströmenlassen eines unter Druck stehenden Gases, insb. Druckluft, in den Probetank zum Ändern eines statischen Innendrucks im Probentank.
Nach einer neunten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst der Schritt des Entleerens des Messrohrs über die Ablauf-Leitung die Schritte Öffnen des Druck-Absperrventils, Öffnen des Entleer-Absperrventils und Einströmenlassen eines unter Druck stehenden Gases in die Ablaufleitung und Ausblasen derselben mittels des Gases.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Funktionsgleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, jedoch in nachfolgenden Figuren nur dann wiederholt, wenn es sinnvoll erscheint.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität eines in einem Behälter vorgehaltenen Fluids mittels eines In-Line-Fluidmeßgeräts,
2 zeigt perspektivisch mechanische Einzelheiten eines für das In-Line-Fluidmeßgerät gemäß 1 geeigneten Meßaufnehmers vom Vibrationstyp ohne vervollständigtes Gehäuse,
3 zeigt eine Vorderansicht des Meßaufnehmers entsprechend 2, wieder ohne vervollständigtes Gehäuse, jedoch mit zusätzlichen elektrischen Einzelheiten,
4 zeigt im Schnitt entlang der Linie A-A von 3 eine Unteransicht von 3, jedoch mit vervollständigtem Gehäuse, und
5 zeigt im Schnitt entlang der Linie B-B von 3 eine Seitenansicht von 4.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität eines in einem, insb. entfernten, Behälter, beispielsweise einem Flüssigkeitstank, vorgehaltenen Fluids gezeigt. Im besonderen ist die Vorrichtung dafür geeignet eine mit Gas beladene und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit zu messen, wie z.B. in der Gärung befindliches und/oder gelagertes Bier, zu pasteurisierende Milch oder dergleichen.
Die Vorrichtung weist dafür einen zumindest zeitweise mit dem Behälter über eine Zulauf-Leitung L2 kommunizierenden Probentank 2 zum Sammeln eines Teilvolumens des zu messenden Fluids und zum Beruhigen des entnommenen Fluids und/oder zum Vergleichmäßigen von mehreren, im zeitlichen Abstand von ein und demselben Behälter oder von verschiedenen Behältern entnommenen Fluidproben auf. Weiters umfasst die Vorrichtung ein dem Probentank 2 über eine Verbindungsleitung L3 nachgeschaltetes In-Line-Fluidmeßgerät 1. Im besonderen ist der Vorgang des Beruhigens der einen Fluidprobe bzw. des Vergleichmäßigens der verschiedenen Fluidproben bei einem sich im Probentank 2 befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemische derart ausgeprägt, daß eine, insb. in der Flüssigkeit bereits vorhandenen und/oder im Probentank 2 entstandene, Gasphase aus der Flüssigkeit abgeschieden und sich oberhalb der Flüssigkeit absetzen gelassen wird. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignete Fluidmeßgeräte sind beispielsweise in der EP-A 1 291 639, der US-B 66 51 513, US-B 65 13 393, US-A 60 06 609, der US-A 56 87 100, der US-A 56 48 616, der US-A 55 97 949, der US-A 53 59 881, der US-A 53 17 928, der US-A 52 95 084, der US-A 49 96 871, der US-A 49 84 472, der US-A 48 76 879, der US-A 45 24 610 oder der WO-A 9516897 ausführlich beschrieben. Auslaßseitig steht das Fluidmeßgerät 1 an eine Entleer-Leitung L4 angeschlossen, die zumindest zeitweise mit einer extern der Vorrichtung vorgesehenen Ablaufleitung L6 in Verbindung steht.
Zum Erzeugen von das Fluid beschriebenden Reaktionskräften im Fluid, insb. dichteabhängigen Trägheitskräften und/oder viskositätsabhängigen Reibungskräften, umfasst das Fluidmeßgerät einen Messaufnehmer 1 vom Vibrationstyp mit wenigstens einem Messrohr zum Führen des zu messenden Fluids, eine im Betrieb auf das Messrohr mechanisch einwirkende Erregeranordnung zum Vibrierenlassen des Messrohrs sowie eine auf mechanische Schwingungen des Messrohrs reagierende Sensoranordnung zum Erfassen von Vibrationen des Messrohrs und zum Erzeugen von Vibrationen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignalen. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignete Messaufnehmer vom Vibrationstyp sind beispielsweise in der US-B 66 91 583, der US-B 66 66 098, der US-B 66 51 513, der US-A 63 08 580, der US-A 57 96 011, der US-A 53 01 557, der US-A 45 24 610, der EP-A 1 154 243 oder der EP-A 685 712 detailliert beschrieben. Die Erregeranordnung des Messaufnehmers wird von wenigstens einem elektromechanischen Schwingungserreger gebildet, der mit dem Messrohr mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Beaufschlagung mit dem Treibersignal deformiert. Des weiteren wird die Sensoranordnung von wenigstens einem Schwingungssensor gebildet, der wenigstens ein örtlich erfasste Schwingungen des Messrohrs repräsentierendes Schwingungsmesssignal liefert. Zum Erzeugen eines geeigneten elektrischen Treibersignals für die Erregeranordnung und zum Erzeugen wenigstens eines die Dichte und/oder die Viskosität des zu messenden Fluids repräsentierenden Meßwertes weist das Fluidmeßgerät ferner eine an den Messaufnehmer elektrisch gekoppelte Meß- und Betriebselektronik 20 auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meß- und Betriebselektronik 20 im Betrieb des Fluidmeßgeräts 1 digitalisierte Messdaten, insb. digitalisierte Messwerte, an eine übergeordnete Steuer- und/oder Überwachungseinheit 30 zumindest zeitweise sendet.
In 2 sind perspektivisch mechanische Einzelheiten eines für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeigneten Meßaufnehmers 10 vom Vibrationstyp, der weiterhin kurz als Meßaufnehmer 10 bezeichnet ist, dargestellt; aus Gründen der besseren Sichtbarkeit seines inneren Aufbaus allerdings ohne vervollständigtes Wandler-Gehäuse, und 3 zeigt eine entsprechende Vorderansicht mit zusätzlichen elektrischen Einzelheiten. Demgegenüber zeigen die 4 und 5 der 6 zugeordnete Schnittansichten mit jeweils vervollständigtem Wandler-Gehäuse. Wegen der gewählten Darstellung in Form einer perspektivischen 2 zusammen mit Auf-, Grund- und Seitenriss handelt die folgende Erläuterung nicht Figur für Figur hintereinander ab, sondern es werden die Figuren gemeinsam erörtert.
Der hier gezeigte Meßaufnehmer 10 weist ein in einer ersten Ebene V-förmig gebogenes erstes Messrohr 101 auf, das bezüglich einer ersten Symmetrielinie symmetrisch gebogen ist. Ein V-förmig gebogenes zweites Messrohr 102 ist in einer zweiten Ebene bezüglich einer zweiten Symmetrielinie symmetrisch gebogen. Die Messrohre 101, 102 sind parallel zu einander angeordnet und jeweils einstückig ausgebildet. Das Messrohr 101 hat ein gerades Einlassstück 11 mit einer in der ersten Ebene liegenden Einlassachse, ein gerades Auslassstück 12 mit einer in der ersten Ebene liegenden und mit der Einlassachse fluchtenden Auslassachse; somit ergibt sich eine gemeinsame Achse, die im Folgenden als Einlass/Auslassachse bezeichnet ist. Das Messrohr 102 hat ein gerades Einlassstück 12 mit einer in der zweiten Ebene liegenden Einlassachse, ein gerades Auslassstück 22 (nur in 4 zu sehen) mit einer in der ersten Ebene liegenden und mit der Einlassachse fluchtenden Auslassachse; auch diese gemeinsame Achse ist im Folgenden als Einlass/Auslassachse bezeichnet. Das Messrohr 101 hat ferner einen mit dem Einlassstück 11 verbundenen Einlassbogen 13, einen mit dem Auslassstück 12 verbundenen Auslassbogen 14, ein mit dem Einlassbogen 13 verbundenes erstes gerades Rohrstück 15, ein mit dem Auslassbogen 14 verbundenes zweites gerades Rohrstück 16 und einen mit den Rohrstücken 15, 16 verbundenen Scheitelbogen 17. Das Messrohr 2 hat ferner einen mit dem Einlassstück 21 verbundenen Einlassbogen 23 (nur in 4 zu sehen), einen mit dem Auslassstück 22 verbundenen Auslassbogen 24 (nur in 4 zu sehen), ein mit dem Einlassbogen 23 verbundenes erstes gerades Rohrstück 25, ein mit dem Auslassbogen 24 verbundenes zweites gerades Rohrstück 26 und einen mit den Rohrstücken 25, 26 verbundenen Scheitelbogen 27. Im Ausführungsbeispiel entspricht die Biegung der Achse des Scheitelbogens 17 und die des Scheitelbogens 27 praktisch einem Kreisbogen. Die Einlassstücke 11, 21 sind in einem Einlass-Verteilerstück 18 und die Auslassstücke 12, 22 sind in einem Auslass-Verteilerstück 19 fixiert. Diese Verteilerstücke 18, 19 sind von einem Tragrahmen 30 gehaltert, der Teil eines Wandler-Gehäuses 3 (nur in 4 zu sehen) ist. Die Messrohre 1, 2 sowie die Verteilerstücke 18, 19 bestehen im Ausführungsbeispiel aus rostfreiem Stahl, wobei bevorzugt für die Messrohre 1, 2 der rostfreie Stahl mit der europäischen Werkstoffnummer 1.4539, die der amerikanischen Bezeichnung 904 L entspricht, und für die Verteilerstücke 18, 19 der rostfreie Stahl mit der europäischen Werkstoffnummer 1.4404, die der amerikanischen Bezeichnung 316 L entspricht, verwendet wird. Die Verwendung solch einer mittels der beiden Messrohre 101, 102 und den diese miteinander parallel verbindenden Verteilerstücken 18, 19 gebildete Doppelrohranordnung hat bekanntlich u.a. den Vorteil, dass der Messaufnehmer infolge der auch bei erheblich schwankender Fluiddichte weitgehend gleich bleibenden Massenverteilung dynamisch sehr gut ausbalanciert ist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Messrohre 101, 102 mittels einer ersten Knotenplatte 51 in der Nähe einer Stelle starr miteinander verbunden, an der das jeweilige Einlassstück 11, 21 in den jeweiligen Einlassbogen 13, 23 übergeht, und mittels einer zweiten Knotenplatte 52 in der Nähe einer Stelle starr miteinander verbunden, an der der jeweilige Einlassbogen 13, 23 in das jeweilige erste Rohrstück 15, 25 übergeht. Die Messrohre 1, 2 sind ferner mittels einer dritten Knotenplatte 53 in der Nähe einer Stelle starr miteinander verbunden, an der das jeweilige Auslassstück 12, 22 in den jeweiligen Auslassbogen 14, 24 übergeht, und mittels einer vierten Knotenplatte 54 in der Nähe einer Stelle starr miteinander verbunden, an der der jeweilige Auslassbogen 14, 24 in das jeweilige zweite Rohrstück 16, 26 übergeht. Die vier Knotenplatten 51, 52, 53, 54 sind bevorzugt dünne Scheiben aus z.B. rostfreiem Stahl, insb. wie er für das Wandler-Gehäuse 3 verwendet wird. Diese Scheiben sind mit Bohrungen, deren Außen-Durchmesser dem der Messrohre 101, 102 entspricht, und mit Schlitzen versehen, so dass die Scheiben zunächst auf die Messrohre 101, 102 aufgeklemmt und danach mit ihnen hartverlötet werden können; dabei werden auch die Schlitze miteinander hartverlötet, so dass die Scheiben ungeschlitzt als Knotenplatten auf den Messrohren 101, 102 sitzen.
Ebenso wie die Messrohre 101, 102 ist der Tragrahmen 30 des im Ausführungsbeispiel gezeigten Messaufnehmers 10 einstückig ausgebildet und aus einem eine Vorderfläche 31 und eine Hinterfläche 32 (nur in 4 zu sehen) aufweisenden Flach-Edelstahl von konstanter Breite und Dicke durch entsprechendes Biegen und Verschweißen der Enden, vgl. die Naht 33, hergestellt worden. Der Tragrahmen 30 umfasst ein ebenes Einlass-Rahmenstück 34, in dem das Einlass-Verteilerstück 18 verschweißt ist, und ein ebenes Auslass-Rahmenstück 35, in dem das Auslass-Verteilerstück 19 verschweißt ist, vgl. in 3 die über den Tragrahmen 30 vorstehenden Teile der Verteilerstücke 18, 19 mit jeweils zugehöriger Schweißnaht 18', 19'. Der Tragrahmen 30 umfasst ferner ein das Einlass- und das Auslass-Rahmenstück 18, 19 verbindendes, ebenes Durchführungs-Rahmenstück 36, in dem eine elektrische Durchführung 37 (nur in 5 zu sehen) druckdicht fixiert ist. Das Durchführungs-Rahmenstück 36 bildet mit dem Einlass- und dem Auslass-Rahmenstück 18, 19 jeweils einen rechten Winkel. Der Tragrahmen 30 umfasst ferner ein an das Einlass-Rahmenstück 34 unter einem Winkel angesetztes, ebenes erstes Ansatz-Rahmenstück 38, der größer als 90° ist – im Ausführungsbeispiel sind das etwa 120°. Der Tragrahmen 30 umfasst schließlich ein in das Ansatz-Rahmenstück 38 übergehendes, gebogenes Scheitel-Rahmenstück 39 und ein an das Auslass-Rahmenstück 35 unter dem genannten Winkel angesetztes, in das Scheitel-Rahmenstück 39 übergehendes, ebenes zweites Ansatzstück 40. Der Tragrahmen 30 ist durch ein auf die Vorderfläche 31 geschweißtes, bevorzugt ebenes, Vorderblech 41 aus rostfreiem Stahl und ein auf die Hinterfläche 32 geschweisstes, bevorzugt ebenes, Hinterblech 42 aus demselben Stahl zum Wandler-Gehäuse 3 ergänzt, so dass es druckdicht ist. Vorder- und Hinterblech 41, 42 sind nur in den 3 und 4 zu sehen. Als Stahl für das Wandler-Gehäuse 3 wird im Ausführungsbeispiel bevorzugt der rostfreie Stahl mit der europäischen Werkstoffnummer 1.4301 verwendet, die der amerikanischen Bezeichnung 304 entspricht.
Der Meßaufnehmer 10 ist, wie bereits erwähnt, in den Verlauf der durch die L3 Verbindungsleitung, die Entleer-Leitung L4 und ggf. die Ablauf-Leitung L6 gebildeten, vom zu messenden Fluid mindestens temporär durchströmten Rohrleitungssystems einzusetzen. Hierzu sind an das Einlass- und das Auslass-Verteilerstück 18, 19 Verbindungsvorrichtungen angebracht, wie z.B. Stutzen mit einem Außen- oder mit einem Innengewinde, Flansche oder Klemmvorrichtungen, wie sie z.B. unter der eingetragenen Marke Triclamp handelsüblich sind.
Eine Erregeranordnung 6 versetzt die Messrohre 101, 102 im Betrieb in stimmgabel-artige Schwingungen, die wie üblich eine Schwingfrequenz haben, die gleich der mechanischen Resonanzfrequenz des von den Messrohren 101, 102 gebildeten Schwingsystems ist oder die in der Nähe dieser Resonanzfrequenz liegt. Diese Schwingfrequenz ist im Betrieb bekanntlich von der Dichte des die Messrohre 101, 102 durchströmenden Fluids abhängig. Daher kann aufgrund der Schwingfrequenz die Dichte des Fluids ermittelt werden. Ein erster Teil 61 der Erregeranordnung 6 ist am Scheitelbogen 17 des Messrohrs 1 im Bereich von dessen oben erwähnter Symmetrielinie und ein zweiter Teil 62 der Erregeranordnung 6 am Scheitelbogen 27 des Messrohrs 2 im Bereich von dessen oben erwähnter Symmetrielinie fixiert, vgl. 4. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Figuren ist die Erregeranordnung 6 eine elektrodynamische Erregeranordnung und somit der Teil 61 eine Spulen-Anordnung und der Teil 62 eine Dauermagnet-Anordnung, die mit der Spulen-Anordnung durch Eintauchen zusammenwirken kann. Die Erregeranordnung 6 wird von einer nicht dargestellten Treiberschaltung mit Wechselenergie versorgt, die z.B. eine immer die momentane Resonanzfrequenz des Schwingsystems der Messrohre 101, 102 einstellende PLL-Schaltung entsprechend der US-A 48 01 897 sein kann. Ein erster mit an den Messrohren fixierter Geschwindigkeits- oder Wegsensor 7, erzeugt ein Schwingungsmessignal, mittels dem die Dichte und/oder die Viskosität des Fluids auf übliche Art und Weise ermittelt werden können. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein zweiter Geschwindigkeits- oder Wegsensor 8 vorgesehen, wobei die Geschwindigkeits- oder Wegsensoren 7, 8 dann beispielsweise symmetrisch bezüglich der genannten Symmetrielinien der Messrohre 101, 102 daran fixiert sein können. Dies birgt den Vorteil, dass zur Dichte- bzw. Viskositätsmessung auch herkömmliche Coriolis-Massedurchflußaufnehmer im wesentlichen unverändert und somit ohne aufwendige Neukonstruktion verwendet werden können. In üblicher Weise ist ein erster Teil 71 des Geschwindigkeits- oder Wegsensors 7 am Rohrstück 15 des Messrohrs 101 und ein zweiter Teil 72 am Rohrstück 25 des Messrohrs 101 fixiert, vgl. 3. Gleichermaßen ist ein erster Teil 81 des Geschwindigkeits- oder Wegsensors 8 am Rohrstück 16 des Messrohrs 2 und ein zweiter Teil 82 am Rohrstück 26 des Messrohrs 102 fixiert, vgl. 3. Die Geschwindigkeits- oder Wegsensoren 7, 8 sind im Ausführungsbeispiel der Figuren bevorzugt elektrodynamische Geschwindigkeitssensoren; somit sind die Teile 71, 81 jeweils eine Spulen-Anordnung und die Teile 72, 82 jeweils eine Dauermagnet-Anordnung, die in die zugehörige Spulen-Anordnung eintauchen kann.
Wie oben bereits kurz erwähnt wurde, ist in den Tragrahmen 30 gegenüber den Scheitelbögen 17, 27 und somit auch gegenüber dem Scheitel-Rahmenstück 39 die mehrere elektrische Leiter aufweisende Durchführung 37 befestigt, insb. druckdicht eingesetzt. Hierzu ist am Tragrahmen 30 ein Flansch 90 befestigt; bevorzugt ist der Flansch 90 mit dem Tragrahmen 30 verschweißt. Der Flansch 90 hat eine Bohrung 91, so dass die Durchführung 37 von außerhalb des Wandler-Gehäuses 3 zugänglich ist. Die Durchführung 37 umfasst eine am Tragrahmen 30 mittels einer abgewinkelten Tragplatte 95 befestigte und zwischen diesem sowie den Scheitelbögen auf diese zulaufenden Leiterplatte 96 auf. Darauf sind Leitbahnen angeordnet, vgl. die Leitbahn 97, die nur in 2 zu sehen sind. An jeweils eine dieser Leitbahnen sind elektrische Anschluss-Leitungen 63, 64 der Erregeranordnung 6, Anschluss-Leitungen 73, 74 des Geschwindigkeitssensors 7, Anschluss-Leitungen 83, 84 des Geschwindigkeitssensors 8 und Anschluss-Leitungen 93, 94 eines Temperatursensors 9 und somit auch an die einzelnen Leiter der Durchführung 37 angeschlossen. Die Anschluss-Leitungen 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94 sind nur in 2 zu sehen. Zusätzlich ist auch eine Leitbahn SN für einen Schaltungsnullpunkt vorgesehen, die über metallische, mit ihr mechanisch und daher auch elektrisch verbundene Befestigungsmittel an der metallischen Tragplatte 95 fixiert ist.
Der Temperatursensor 9 (nur in 3 und 4 zu sehen) ist im Ausführungsbeispiel auf dem Auslassbogen 14 des Messrohrs 1, z.B. durch Kleben, befestigt und ist bevorzugt ein Platin-Widerstand. Er dient, wie eingangs erwähnt, zum Messen der momentanen Temperatur des Fluids. Der Temperatursensor 9 kann auch an jeder geeigneten anderen Stelle der Messrohre 1, 2 angeordnet werden. Die Durchführung 37 umfasst ferner einen im Durchführungs-Rahmenstück 36 angebrachten Schlitz 361, durch die Leiterplatte 96 gesteckt ist und die sich in den Flansch 90 hinein erstreckt, wobei zwischen Leiterplatte 96 und Schlitz 361 ein zu deren elektrischer Isolierung ausreichender Abstand eingehalten ist. Ferner ist die Leiterplatte 96 durch eine auf dem Durchführungs-Rahmenstück 36 bohrungsseitig aufliegende Scheibe 362 aus einem Isoliermaterial hindurch gesteckt. Eine isolierende Vergussmasse 363 füllt einen oberhalb der Scheibe 362 liegenden Teil der Bohrung 91 vollständig aus, wobei die Vergussmasse 363 auch mehr oder weniger in den Raum zwischen der Leiterplatte 96 und der Innenwand des Schlitzes 361 eingedrungen sein kann. Die Dicke der Vergussmasse 363 in Richtung auf das offene Ende der Bohrung 91 ist mindestens gleich der Länge der für die Zündschutzart Ex-d nach den europäischen Standards EN 50 014 und EN 50 018 in Abhängigkeit von der Spaltbreite vorgeschriebenen Spaltlänge. Diesen Standards entsprechen vergleichbare Standards anderer Länder. Da der Meßaufnehmer 10 wie bereits erwähnt mit der zugehörigen Meß- und Betriebselektronik zu verbinden ist, so dass ein funktionsfähiges Fluidmeßgerät entsteht, werden mit dem Flansch 90 ein nicht dargestelltes Elektronik-Gehäuse für die Meß- und Betriebselektronik oder eine nicht dargestellte Anschluss-Anordnung für ein Kabel verschraubt, das zu einem entfernt vom Meßaufnehmer angeordneten Elektronik-Gehäuse für die Meß- und Betriebselektronik führt.
Im Betrieb, insb. aber während der Messung der Dichte und/oder der Viskosität des Fluids, kommuniziert das wenigstens eine Messrohr 101 zumindest zeitweise mit dem Probentank 2 über eine entsprechende Verbindungsleitung L3, die an ein Einlaßende des Messaufnehmers angeschlossen ist. Ferner führt das wenigstens eine Messrohr 101 im Betrieb unter Einwirkung des wenigstens einen Schwingungserregers zumindest zeitweise Vibrationen in einem für die Messung der Dichte und/oder der Viskosität geeignetem Schwingungsmode aus. Für die Dichtemessung geeignete Schwingungsmoden sind beispielsweise solche, bei denen das Messrohr zumindest anteilig Biegeschwingungen mit einer natürlichen Biegeresonanzfrequenz ausführt. Für die Viskositätsmessung sind hingegen solche Schwingungsmoden besonders geeignet, bei denen das Messrohr zumindest anteilig Torsionsschwingungen mit einer natürlichen Torsionsresonanzfrequenz ausführt; alternative oder ergänzend können aber auch Biegeschwingungen für das Messen der Viskosität angeregt werden, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnte US-B 66 51 513.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung, wie in 1 schematisch dargestellt, ferner eine Bypass-Leitung L5, die die Zulauf-Leitung L2 und die Ablauf-Leitung L6 zumindest zeitweise miteinander so kommunizieren lässt, dass ein in der Zulauf-Leitung befindliches Fluid direkt in die Ablauf-Leitung einströmen kann. Zum zeitweisen Kommunizierenlassen der Zulauf-Leitung mit der Ablauf-Leitung ist ferner wenigstens ein in den Verlauf der Bypass-Leitung L5 eingesetztes Bypass-Absperrventil V2 vorgesehen. Des weiteren umfasst die Vorrichtung bei dieser Weiterbildung eine als Stichleitung ausgebildete Einfüll-Leitung L1, die an die Bypass-Leitung L5 und an die Zulauf-Leitung L2 angeschlossen ist und über die der Probentank 2 zumindest zeitweise mit der Zulauf-Leitung und/oder zumindest zeitweise mit der Bypass-Leitung kommuniziert.
Zum Messen der Dichte und/oder der Viskosität des, insb. als Flüssigkeit ausgebildeten, Fluids wird von diesem zunächst ein Teilvolumen aus dem Behälter entnommen und in den Probentank einströmengelassen. Nachdem genügend Fluid im Probentank gesammelt worden ist wird die Entnahme beendet. Daraufhin wird ein im Probentank befindendes Flüssigkeits-Gas- Gemisches für eine vorgegebene Zeitspanne verharrengelassen, um ein Vergleichmäßigen des Fluids, insb. ein Abscheiden unterschiedlicher Gemischphasen, zu erreichen. Nach dem Verstreichend der vorgegebene Zeitspanne wird zumindest ein Teil des im Probentank gesammeltes Fluid in das wenigstens eine Messrohr 1 des Messaufnehmers einströmengelassen. Zum Ermitteln eines die Dichte und/oder die Viskosität geeignet repräsentierenden Meßsignals wird das mit dem zu messenden Fluid befüllte Messrohr 1, angetrieben von der Erregeranordnung, in der oben beschriebenen Weise, insb. in dem für die Dichtemessung und/oder die Viskositätsmessung jeweils geeigneten Schwingungsmode, schwingengelassen. Als Messsignal dient hierbei das von dem wenigstens einen Geschwindigkeits- oder Wegsensor 7 erzeugte Schwingungsmesssignal, das die, hier einlassseitig, erfassten Schwingungen der beiden Messrohre 1, 2 repräsentiert. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Erfassen von Schwingungen des Messrohrs sowie auch das Erzeugen des wenigstens einen Schwingungsmesssignals während dem das Messrohr vom zu messenden Fluid durchströmt ist.
Die Bestimmung der Dichte und/oder der Viskosität unter Verwendung eines oder mehrerer solcher Schwingungen des vibrierenden Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignale ist dem Fachmann an und für sich bekannt und bedarf daher an dieser Stelle keinerlei weitergehender Erläuterungen. Exemplarisch sei hierzu nochmals auf die EP-A 1 291 639, der US-B 66 51 513, US-B 65 13 393, US-A 60 06 609, der US-A 56 87 100, der US-A 56 48 616, der US-A 55 97 949, der US-A 53 59 881, der US-A 53 17 928, der US-A 52 95 084, der US-A 49 96 871, der US-A 49 84 472, der US-A 48 76 879, der US-A 45 24 610 oder der WO-A 9516897 verwiesen. Spätestens nachdem die Dichte und/oder die Viskosität des Fluids bestimmt worden ist, wird das wenigstens eine Messrohr 1 über die Entleer-Leitung und die mit dieser zumindest zeitweise kommunizierende Ablauf-Leitung entleert, die an ein Auslaßende des Messaufnehmers 10 angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Probentank im wesentliche zylindrisch, insb. röhrenartig, geformt. Dadurch kann der Probentank in vorteilhafter Weise mittels gängiger Standard-Fluidbehälter gebildet werden. Vorzugsweise ist der, insb. zylindrische, Probentank so in der Vorrichtung angeordnet und ausgerichtet, dass eine Längsachse im wesentlichen in Fallrichtung verläuft. Somit wird ein für die Beruhigung und/oder die Stabilisierung des Fluids besonders geeignetes Volumen bereitgestellt. Falls erforderlich, kann der Probentank auch so in der Vorrichtung angeordnet sein, dass die Längsachse bezüglich der Fallrichtung einen von Null verschiedenen Winkel, beispielsweise von kleiner oder gleich 45°, einschließt, wodurch im besonderen das Einströmverhalten des Fluids in den Probentank optimiert werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung münden die Zulauf-Leitung oder, wie in 1 gezeigt, die Einfüll-Leitung L1 und die Verbindungsleitung L3 voneinander beabstandet in den Probentank 2 ein. Beispielsweise kann die Einfüll-Leitung L1, wie in 1 schematisch dargestellt, über eine Seitenwand des Probentanks in den Probentank einmünden, während die Verbindungsleitung L3 in einen Boden des Probentanks einmündet. In vorteilhafter Weise wird dabei auch die Einmündung der Zulaufleitung im Bereich einer unteren Hälfte des Probentanks platziert. Infolge der Trennung der Einmündungen von Einfüll-Leitung L1 und Verbindungsleitung L3 können sowohl für das Einströmenlassen wie auch für das Wiederauströmenlassen optimierte Mündungsformen und -querschnitte verwendet werden. Beispielsweise können so in Abhängigkeit von der Behälterform und dem zu messenden Fluid geeignete Einströmwinkel bezüglich der Seitenwand für das über die Einfüll-Leitung einströmende Fluid eingestellt und so eine Optimierung der Strömung erreicht werden. Zum Steuern des Einfließenlassens des Fluids in das wenigstens eine Messrohr 101 ist in der Vorrichtung ferner eine entsprechendes Einfüll-Absperrventil V1 vorgesehen, das wenigstens in den Verlauf der Einfüll-Leitung eingesetzt ist. Darüber hinaus kann auch, falls erforderlich, in den Verlauf der Zulauf-Leitung ein entsprechendes Zulauf-Absperrventil eingesetzt sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kommuniziert das wenigstens eine Messrohr 101 über die Enleer-Leitung L4, die, wie in 1 schematisch dargestellt, an ein Auslaßende des Messaufnehmers 10 angeschlossen ist, zumindest zeitweise mit einem, insb. zentralen, Auffangbehälter 3 für aus dem Behälter entnommenes Fluid, beispielsweise einem Abwassertank, einem Abflusskanal oder einem Abflussgerinne, so dass das Messrohr 101 wie auch die Entleer- und die Ablauf-Leitung in den Auffangbehälter 3 entleert werden können.
Zum temporären Verschließen der Entleer-Leitung L4 ist ferner wenigstens ein in den Verlauf der Ablauf-Leitung eingesetztes Ablauf-Absperrventil V5 vorgesehen. Nach einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung wird zum Einströmenlassen von im Probentank 2 gesammeltem Fluid in das Messrohr 101 vorab das Entleer-Absperrventil V5 zumindest zeitweise geöffnet. Beispielsweise kann somit die Messung auch bei, insb. stationär, im Messrohr 101 strömendem Fluid erfolgen.
Gemäß einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß in den Verlauf der Einfüll-Leitung L1 ein Einfüll-Absperrventil V1 eingesetzt ist. Zum Einströmenlassens von dem Behälter entnommenem Fluid in den Probentank 2 wird das Einfüll-Absperrventil V1 entsprechend geöffnet, wohingegen das Entleer-Absperrventil V5 während dieses Vorgangs geschlossen ist oder zumindest geschlossen wird; ggf. kann das Entleer-Absperrventil V5 während des Einströmenlassens des Fluids in den Probentank kurzzeitig geöffnet sein, so daß Fluid auch bereits in das Messrohr 101 einströmen kann. Dies hat beispielsweise den Vorteil, daß der im Messaufnehmer 10 vorgesehen Temperatursensor 9 zur Bestimmung der momentanen Fluidtemperatur verwendet werden kann, die wiederum der Ermittlung einer für das Beruhigen des Fluids im Probentank optimalen Zeitspanne dienen kann. Zum Beruhigen des sich im Probentank befindenden, insb. als Flüssigkeits-Gas-Gemisch ausgebildeten, Fluids wird anschließend das Entleer-Absperrventil V4 geschlossen.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Fluid aus der Zulauf-Leitung via Bypass-Leitung L5, bei gleichzeitig verschlossener Einfüll-Leitung L1 direkt in die Ablauf-Leitung, strömen gelassen wird. Dies hat den Vorteil, dass zumindest die Behälter und Vorrichtung verbindende Zulauf-Leitung L2 mittels des momentan strömenden Fluids gespült werden kann, während parallel dazu auch eine Messung von inzwischen in das Messrohr 101 eingeleiteten Fluid erfolgen kann. Demgemäß ist vorgesehen, dass der Schritt des Strömenlassens von Fluid aus der Zulauf-Leitung L2 in die Ablauf-Leitung L6 via Bypass-Leitung L5 erst nach dem Schritt des Einströmenlassens von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank 2 erfolgt. Außerdem ist es somit auch nicht unbedingt erforderlich, das Messrohrs 101 erst zu entleeren nachdem die Bypass-Leitung L5 entleert worden ist, sondern kann dies in vorteilhafter Weise auch erfolgen, während Fluid aus der Zulauf-Leitung L2 via Bypass-Leitung L5 in die Ablauf-Leitung L6 strömengelassen wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem momentan durch die Bypass-Leitung strömenden Fluid um jenes, welches in einem nachfolgenden Messvorgang gemessen werden soll.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner wenigstens eine mit dem Probentank verbundene Druckleitung vorgesehen, die den Probentank zumindest zeitweise mit einem Druckgasspeicher und/oder mit einem Kompressor so kommunizieren lässt, dass ein darin wie auch in der Druckleitung befindliches Fluid in die Ablauf-Leitung einströmen kann. Zu dem kann auch die Ablauf-Leitung zumindest zeitweise mit der Druckleitung kommunizieren gelassen werden, so dass das in der Druckleitung befindliche Fluid auch in die Ablauf-Leitung einströmen und so mit diese ausblasen kann. Zum temporären Absperren der Druckleitung umfaßt die Vorrichtung wenigstens ein in den Verlauf der Druckleitung eingesetztes Druck-Absperrventil. Zum Entleeren des Messrohrs über die Ablauf-Leitung können das Druck-Absperrventil und das Ablauf-Absperrventil beispielsweise nacheinander geöffnet und daraufhin ein in der Druckleitung befindliches, unter Druck stehenden Gases Ausblasen des Probentanks, der Verbindungsleitung des wenigstens einen Messrohrs sowie auch der Ablaufleitung darin ein- und hindurchströmen gelassen werden. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird zum Beruhigen und/oder Vergleichmäßigen von im Probentank gesammeltem Fluid vor dem Einströmenlassen desselben in das Messrohr das Druck-Absperrventils geöffnet und ein in der Druckleitung befindliches, unter Druck stehenden Gas, insb. Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid, in den Probetank einströmengelassen, wodurch ein statischer Innendruck im Probentank geändert, hier erhöht, wird. Nach einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist weiters, zusätzlich zum Druck-Absperrventil oder in dieses integriert, ein in den Verlauf der Druckleitung eingesetzter Druckregler zum Konstanthalten des in der Druckleitung herrschenden Druckes vorgesehen.
Zum Steuern von in der Vorrichtung vorgesehenen, insb. als Magnetventile ausgebildeten, Absperrventilen umfasst die Vorrichtung ferner eine elektronische, insb. programmierbare, Ventil-Steuerung 4, die mit den Absperrventilen elektrisch oder zumindest funksignaltechnisch verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ferner ein Gehäuse 100, in dem wenigstens der Probentank 2 sowie der Messaufnehmer 10 angeordnet sind. Dadurch wird es ermöglicht die Vorrichtung als ein einziges, insb. mobiles, Kompaktgerät auszubilden, dass nach außen praktisch vollständig gekapselt und somit sehr universell und weitgehend unabhängig von den vor Ort herrschenden Umweltbedingungen eingesetzt werden kann. Zu dem ist die als Kompaktgerät ausgebildet Vorrichtung sehr einfach zu reinigen und kann daher höchsten hygienischen Anforderungen genügen, wie sie z.B. in der Lebensmittelindustrie gestellt werden.

Claims

Vorrichtung zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität eines in einem Behälter befindlichen Fluids, welche Vorrichtung umfaßt: – einen Probentank (2) zum Sammeln und Beruhigen eines Teilvolumens des zu messenden Fluids, der zumindest zeitweise mit dem Behälter über eine Einfüll-Leitung (L1) und eine zumindest zeitweise mit dieser verbundene Zulauf-Leitung (L2) kommuniziert, und – ein Fluidmeßgerät (1 ), das – einen Messaufnehmer (10) vom Vibrationstyp mit – wenigstens einem Messrohr (101, 102) zum Führen von zu messendem Fluid, – einer im Betrieb auf das Messrohr mechanisch einwirkenden Erregeranordnung (6) zum Vibrierenlassen des Messrohrs, – einer auf mechanische Schwingungen des Messrohrs reagierende Sensoranordnung (7, 8) zum Erfassen von Vibrationen des Messrohrs und zum Erzeugen von Vibrationen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmeßsignalen, sowie – einer an den Messaufnehmer (10) elektrisch gekoppelten Meß- und Betriebselektronik (11) zum Erzeugen eines elektrischen Treibersignals für die Erregeranordnung und zum Erzeugen wenigstens eines die Dichte und/oder die Viskosität des zu messenden Fluids repräsentierenden Meßwertes aufweist, – wobei die Erregeranordnung wenigstens einen elektromechanischen Schwingungserreger aufweist, der mit dem Messrohr mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Beaufschlagung mit dem Treibersignal deformiert, – wobei das wenigstens eine Messrohr im Betrieb – zumindest zeitweise mit dem Probentank über eine Verbindungsleitung (L3) kommuniziert, die an ein Einlaßende des Messaufnehmers angeschlossen ist, und – unter Einwirkung des wenigstens einen Schwingungserregers zumindest zeitweise Vibrationen in einem für die Messung der Dichte und/oder der Viskosität geeignetem Schwingungsmode ausführt, und – wobei die Sensoranordnung wenigstens einen Schwingungssensor aufweist, der wenigstens ein örtlich erfasste Schwingungen des Messrohrs repräsentierendes Schwingungsmesssignal liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Gehäuse umfasst, in dem wenigstens der Probentank (2) sowie der Messaufnehmer (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Einfüll-Leitung (L1) und die Verbindungsleitung (L3) voneinander beabstandet in den Probentank (2) einmünden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Probentank (2) im wesentliche zylindrisch, insb. röhrenartig, geformt ist.
Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der der Probentank (2) so angeordnet und ausgerichtet ist, dass eine Längsachse im wesentlichen in Fallrichtung verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Einfüll-Leitung (L1) über eine Seitenwand des Probentanks (2), insb. im Bereich einer unteren Hälfte des Probentanks, in den Probentank (2) einmündet.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das wenigstens eine Messrohr über eine Entleer-Leitung (L4), die an ein Auslaßende des Messaufnehmers (10) angeschlossen ist, zumindest zeitweise mit einem Auffangbehälter (3) für aus dem Behälter entnommenes Fluid kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die ferner eine Bypass-Leitung (L5) umfasst, die die Zulauf-Leitung (L2) und eine mit der Entleer-Leitung (L4) zumindest zeitweise verbundene Ablauf-Leitung (L6 ) zumindest zeitweise miteinander so kommunizieren lässt, dass ein in der Zulauf-Leitung (L2) befindliches Fluid direkt in die Ablauf-Leitung (L6) einströmen kann.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der ferner wenigstens eine mit dem Probentank (2) verbundene Druckleitung (L7) vorgesehen ist, die den Probentank (2) zumindest zeitweise mit einem Druckgasspeicher und/oder mit einem Kompressor so kommunizieren lässt, dass ein in der Druckleitung (L7) befindliches, unter Druck stehendes Fluid, insb. Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid, in den Probentank (2) einströmen kann.
Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Entleer-Leitung (L4) zumindest zeitweise mit der Druckleitung (L7) kommuniziert, so dass das in der Druckleitung (L7) befindliches Fluid in die Entleer-Leitung (L4) einströmen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 8 bis 10, die ferner wenigstens ein in den Verlauf der Entleer-Leitung (L4) eingesetztes Entleer-Absperrventil (V5) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 9 bis 11, die ferner wenigstens ein in den Verlauf der Bypass-Leitung (L5) eingesetztes Bypass-Absperrventil (V2) umfaßt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, die ferner wenigstens ein in den Verlauf der Einfüll-Leitung (L1) eingesetztes Einfüll-Absperrventil (V1) umfaßt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, die ferner wenigstens ein in den Verlauf der Zulauf-Leitung eingesetztes Zulauf-Absperrventil umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 10 bis 14, die ferner wenigstens ein in den Verlauf der Druckleitung eingesetztes Druck-Absperrventil umfaßt.
Vorrichtung nach nach Anspruch 9 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 10 bis 15, bei der ferner ein in den Verlauf der Druckleitung eingesetzter Druckregler vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, die eine, insb. programmierbare, Ventil-Steuerung zum Steuern von in der Vorrichtung vorgesehenen Absperrventilen umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Meß- und Betriebselektronik des Fluidmeßgeräts digitalisierte Messdaten, insb. digitalisierte Messwerte, an eine übergeordnete Steuer- und/oder Überwachungseinheit zumindest zeitweise sendet.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche zum Messen einer, insb. mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden, Flüssigkeit, insb. Bier oder Milch.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, welches Verfahren folgende Schritte umfasst: – Einströmenlassen von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank, – Beenden des Einströmenlassen von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank und Verharrenlassen eines sich daraufhin im Probentank befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches zum Vergleichmäßigen desselben, – Einströmenlassen von im Probentank gesammelter, insb. mit einem Gas beladener, Flüssigkeit in das Messrohr des Messaufnehmers, – Erfassen von Schwingungen des Messrohrs und Erzeugen wenigstens eines diese repräsentierenden Schwingungsmesssignals, und – Entleeren des Messrohrs über die Ablauf-Leitung.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem Verfahren der Schritt des Vergleichmäßigen des sich im Probentank befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches einen Schritt Abscheiden einer, insb. in der Flüssigkeit bereits vorhandenen und/oder im Probentank entstandenen, Gasphase aus der Flüssigkeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, welches Verfahren weiters einen Schritt Entleeren der Ablauf-Leitung umfasst.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 20 bis 22 mittels einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 9 bis 18, welches Verfahren weiters einen Schritt Strömenlassen von Flüssigkeit aus der Zulauf-Leitung in die Ablauf-Leitung via Bypass-Leitung umfasst.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit nach dem vorherigen Anspruch mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 9 bis 18, bei welchem Verfahren – der Schritt des Strömenlassens von Flüssigkeit aus der Zulauf-Leitung in die Ablauf-Leitung via Bypass-Leitung nach dem Schritt des Einströmenlassens von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank und – der Schritt des Entleerens des Messrohrs über die Ablauf-Leitung nach und/oder während dem Schritt des Strömenlassens von Flüssigkeit aus der Zulauf-Leitung in die Ablauf-Leitung via Bypass-Leitung erfolgen.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit nach dem vorherigen Anspruch mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 12 bis 18, bei welchem Verfahren der Schritt des Einströmenlassens von im Probentank gesammelter Flüssigkeit in das Messrohr des Messaufnehmers einen Schritt Öffnen des Entleer-Absperrventils umfaßt.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend die Schritte: – Strömenlassen von Flüssigkeit durch das Messrohr und – Erfassen von Schwingungen des von Flüssigkeit durchströmten Messrohrs zum Erzeugen des wenigstens einen Schwingungsmesssignals.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 24 bis 26 mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 14 bis 18, bei welchem Verfahren der Schritt des Einströmenlassens von dem Behälter entnommener Flüssigkeit in den Probentank folgende Schritte umfaßt: – Schließen des Entleer-Absperrventils und – Öffnen des Einfüll-Absperrventils.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit nach dem vorherigen Anspruch mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 16 bis 18, bei welchem Verfahren der Schritt des Vergleichmäßigen des sich im Probentank befindenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches folgende Schritte umfaßt: – Schließen des Entleer-Absperrventils, – Öffnen des Druck-Absperrventils und – Einströmenlassen eines unter Druck stehenden Gases, insb. Druckluft, in den Probetank zum Ändern eines statischen Innendrucks im Probentank.
Verfahren zum Messen einer Dichte und/oder einer Viskosität einer in einem Behälter befindlichen und mit Gas beladenen und/oder zum Ausgasen neigenden Flüssigkeit nach einem der Ansprüche bis mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 16 bis 18, bei welchem Verfahren der Schritt des Entleerens des Messrohrs über die Ablauf-Leitung folgende Schritte umfaßt: – Öffnen des Druck-Absperrventils, – Öffnen des Entleer-Absperrventils und – Einströmenlassen eines unter Druck stehenden Gases in die Ablaufleitung und Ausblasen derselben mittels des Gases.